运动控制器的原理|功能

　　运动控制器是军民用机电一体化产品与系统中的关键部件，可以说有伺服电机的场合就需要运动控制器。它可以直接用于电子机械设备、机器人、数控机床、YL设备、液压控制设备、印刷机械等设备上。

运动控制器的原理

　　一个典型的运动控制系统主要由运动部件、传动机构、执行机构驱动器和运动控制器构成，整个系统的运动指令由运动控制器给出，因此运动控制器是整个运动控制系统的灵魂。

　　目前的运动控制器至少有256个常规程序缓冲区，从而内存可以存储多达256个运动程序。在已经有一个坐标系正在执行程序的情况下，另一个程序也可以在任何一个坐标系下运行。可同时执行的运动程序数目仅仅受已定义的坐标数目的限制。当运动程序在前台有序地同步运行，运动控制器可以在后台下运行多达32个异步PLC程序。这些程序完成一些可编程序逻辑控制器(PLC)的功能。

　　PLC程序可以以极高的采样数率监视模拟输入和数字输出，设定输出值，发送信息，监视运动参数，改变增益值，以及命令运动停止/启动序列。PLC程序还可以象从主机发送命令那样对PMAC运动控制器发送命令。这些高速的异步程序附加于运动程序，功能非常强大。

　　运动控制器的运动功能一般是通过对电机各参数的控制来完成的，由于驱动(电机)和负载之间很难做到理想的耦合，运动控制器具有几项高级性能来处理实际问题，诸如滞后，静摩擦，卷曲以及回差。这些问题共同作用会使系统产生机械谐振从而严重损害系统的性能。运动控制器的数字阶式滤波器和双反馈选项中同时测量驱动器以及负载的位置和补偿伺服环中的微分运动的能力可以解决机械谐振问题。

　　标准的运动控制器提供了PID和阶式位置伺服环滤波器。对大多数用户来说，在他们的应用中这个滤波器已经足够了。PLC滤波器即使对那些非控制专家也是很容易理解的。“P”表比例的增益项。比例增益为系统提供刚性“I”代表积分增益，是用以消除稳态误差的控制参数。“D”代表微分增益，是为系统提供稳定性的阻尼项。还有另外两项用以减小伺服系统的轨迹误差：速度和加速度前馈。速度前馈的作用是减小微分增益或者测速发电机环路阻尼所引起的跟踪误差。惯性所带来的跟踪误差与加速度成正比，因此它可以由加速度前馈项来补偿。

　　与传统的伺服控制系统相比，运动控制器具有以下特点：

　　①技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制;②结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统;③操作简单，在PC机上经简单编程即可实现运动控制，而不一定需要专门的数控软件。

运动控制器的基本功能

　　虽然运动控制器有不同的类型，但其基本结构、主要功能基本相同。

　　1、多轴复合点位运动

　　多轴复合点位运动实际上是指运动控制器快速执行多个单轴点位运动，因控制器处理速度极快，让人感觉几个轴是同时开始运动。

　　点位运动控制功能通常在钻孔、点焊、抓取物料等场合使用。

　　2、多轴直线插补、2轴圆弧插补

　　运动控制器可进行2轴、3轴、4轴的直线插补;两两轴之间都可以作圆弧插补运动，即可在X-Y、Y-Z或Z-X平面上进行圆弧插补。

　　插补功能通常在金属车削、铣削、切割加工等运动速度不高的场合使用。

　　3、轨迹控制

　　复杂的曲线轨迹都是由许多直线、圆弧组成。但对于高速轨迹控制，仅有直线插补、圆弧插补功能远远不够。为了保证高速运动过程中轨迹位置能够达到规定的精度，且平台运动十分平稳，必须对轨迹的运动参数进行预处理。运动控制器不但要保证各线段衔接处速度相等，而且要在各个转弯处作相应的减速处理，即对各线段的运动参数进行优化，在保持位置精度、运动平稳的前提下，用Z短的时间完成曲线轨迹运动。

　　轨迹控制功能在激光打标机、切割机、刻字机、涂胶机等高速轨迹控制系统中广泛应用。另外，电子齿轮、电子凸轮、样条插值等高级轨迹控制功能在一些自动化设备上也会用到。

　　4、I/O控制

　　除了运动控制功能外，运动控制器还具有对数字输入、输出信号进行控制的功能。数字输入信号和数字输出信号简称I/O信号。

　　在自动化设备上有各种I/O信号需要检测和控制。运动控制器通过数字输入信号接口检测按键、限位开关、原点位置传感器及其他传感器的信号，采用数字输出信号控制继电器、电磁阀、指示灯等电气元件的开关，从而控制普通电动机、气缸、液压缸等设备的动作。

　　5、编码器检测

　　运动控制器可以通过编码器接口接收编码器、光栅尺的信号，检测电动机或平台的位置。运动控制器具有脉冲发生器接口，通过操作脉冲发生器发出脉冲信号，从而控制电动机的运动。该功能一般用于调节运动平台的初始位置。

　　6、网络控制

　　运动控制器具有工业现场总线控制功能，采用工业以太网协议，可以方便地将多台运动控制器组成一个局域网，实现对自动生产线的控制。

　　7、实时多任务处理

　　运动控制器的软件必须满足实时多任务的处理功能，即在控制多个电动机运动的同时，还可以检测位置传感器的状态、控制继电器和电磁阀的动作、响应按键和传感器的信号。只有具备实时多任务的处理能力，运动控制器的控制软件才能使自动化设备发挥出Zda的工作效率。

　　8、其他辅助功能

　　运动控制器一般具有数学函数计算功能，如四则运算、指数和对数函数、三角函数、逻辑运算等，还有软件定时器、软限位、位置比较等辅助功能。运动控制器采用了铁电存储器，具有掉电保护功能，关键数据不会因突然停电而丢失。